大坝水环境对坝体混凝土的腐蚀评价

刘若秀

（福建省水文水资源勘测局宁德分局，福建 宁德 352100）

1 工程概况

古田溪一级大坝位于福建省境内的闽江支流古田溪上，水库总库容6.417 亿m3，坝址控制流域面积1 325 km2，电站总装机容量为66 MW。枢纽由拦河大坝、高头岭副坝、引水发电系统等组成。拦河大坝主坝为混凝土宽缝重力坝，左岸为土石坝接头，全长412 m，最大坝高71 m，坝顶高程384.5 m。期间经过1989年、2000年和2008年三次大坝安全定鉴工作，其结论为工程无明显或严重的安全隐患。

2 坝前库水水质特征

大坝建成蓄水，坝址水环境特征发生变化，坝址区地下水的补、径、排条件也随之发生了变化。位于左、右坝肩部位的地下水除了得到岸坡裂隙水的侧向入渗补给，还将获得上游库水的补给；而位于河床坝段的地下水将主要获得上游库水的补给。

库水是坝基的补给源，2011年8月3日在库区坝前设左、中、右三条垂线，分上、下层分别采集水样共6 个，检测结果见表1。从表1看，建库后受水温分层影响，下层库水游离CO2和侵蚀性CO2增大，pH 降低，水呈弱酸性。库水总硬度在12.72～15.90 mg/L＜25 mg/L，属极软水；矿化度在36.34～44.41 mg/L＜50 mg/L，属低矿化度水。

表1 2011年8月3日坝前库水水化学特征表 mg/L

对照环境水对混凝土腐蚀判定标准，库水pH在6.55～7.41＞6.5，不存在酸性腐蚀；侵蚀性CO2在3.34～10.45 mg/L＜15 mg/L，无碳酸型腐蚀；HCO3-在0.28～0.34 mmol/L＜0.7 mmol/L，具有中等溶出型腐蚀。溶出型腐蚀主要特点是由于淡水的侵袭作用，把已经硬化的水泥组份逐步溶解带走，使混凝土的结构遭到破坏。古田溪一级库水对混凝土存在软水和溶出型腐蚀，对大坝混凝土强度有一定的影响，因此，要注意库底层侵蚀性CO2、酸性水体与岩石、帷幕、大坝混凝土之间的长期相互作用，可能引起的化学潜蚀问题。

3 大坝廊道渗水水质特征

2011年8月2日，在大坝廊道内共采集水样22 个，其中坝体宽缝水8 个、集水沟排水6 个、坝体渗水6 个、坝基地下水1 个以及2 号坝段与右肩岩体接缝处渗水1 个。

3.1 坝段宽缝水

大坝廊道宽缝水检测结果见表2。从表2看，宽缝水pH 在7.12～9.37 呈弱碱性或碱性，不存在酸性腐蚀；侵蚀性CO2在0.00～9.20 mg/L＜15 mg/L，无碳酸型腐蚀；HCO3-除6～7 号、14～15 号和15～16 号3 个宽缝水大于1.07 mmol/L，无溶出型侵腐外，其余HCO3-在0.08～0.84 mmol/L＜1.07 mmol/L，具有弱、中等溶出型腐蚀。总硬度在7.42～42.40 mg/L＜55 mg/L，属极软水；矿化度在42.55～230.13 mg/L，属低或较低矿化度水。

表2 2011年8月2日大坝廊道宽缝水水化学特征表mg/L

3.2 坝体渗水

坝前库水在向坝基运移过程中，不断地溶解与之相接触的帷幕、坝体混凝土中的碳酸盐类物质，而使渗水溶液中的离子浓度增大，溶液趋向饱和甚至过饱和状态。一般说来，若渗水水流越缓慢，则越有利于水溶液的饱和；反之，水流越流畅不利于水溶液的饱和。

大坝廊道渗水检测结果表明：渗水量较多的坝段如2 号、18 号渗水水清没有固体析出物，其pH 值在5.91～6.92＜7.0，呈弱酸性或酸性水，与上游库底层水pH 值接近，说明此坝段防渗效果相对较差。相反渗水量小的坝段如8 号、9 号、16 号和17 号渗水pH 值在9.44～10.63＞7.0 呈碱性，且渗水呈过饱和状态，周边有黄白色片状物固体析出，这说明此坝段防渗效果相对较好。

对照环境水对混凝土腐蚀判定标准，除18 号坝体渗水pH 在5.91～6.45＜6.5，存在酸性腐蚀外，其余pH 在6.92～10.63＞6.5，无酸性腐蚀；侵蚀性CO2在0.00～10.03 mg/L＜15 mg/L，无碳酸型腐蚀；HCO3-除16 号和18 号坝体渗水大于1.07 mmol/L，无溶出型腐蚀外，其余HCO3-在0.00～0.57 mmol/L＜0.70 mmol/L，具有中等溶出型腐蚀。

3.3 集水沟排水

大坝廊道集水沟排水检测结果表明：集水沟排水pH 在7.20～8.49＞6.5，呈弱碱性或碱性，不存在酸性腐蚀；侵蚀性CO2在0.00～10.87 mg/L＜15 mg/L，无碳酸型腐蚀；HCO3-在0.30～0.94 mmol/L＜1.07 mmol/L，具有弱、中等溶出型腐蚀。

4 大坝廊道渗水与库水水质对比分析

表3为2011.8 库水与大坝廊道渗水水质对照表。从表3看，弱酸性库水（pH=6.97）通过对与之相接触的帷幕、坝体混凝土渗透侵蚀作用后，变为碱性水（pH：7.48～8.49）。由于库水对混凝土侵蚀作用消耗游离CO2，结果使大坝廊道渗水（宽缝水、集水沟排水）中的游离CO2减少，相应的其侵蚀性CO2也减少。因库水通过对坝体混凝土的渗透侵蚀、溶解等作用，大坝廊道渗水中各阴、阳离子含量、总碱度、总硬度、矿化度和阴阳离子总量等也比库水显著增加。

表3 2011年8月库水与大坝廊道渗水水化学主要指标对照m表g/L

5 大坝廊道水质变化及其对大坝混凝土腐蚀评价

1959年大坝建成并投入运行，大坝廊道水质首次检测时间为1987年6月至1988年1月，共取4 次水样，分别是1987年6，9，11月和1988年1月；第二次检测时间为1999年，共取3 次水样，分别是1999年2，5，7月；这次检测取1 次水样，时间为2011年8月。每次分别在大坝廊道不同部位取不同类型（包括坝基排孔水、坝体排孔水、宽缝水、坝体渗水、集水沟排水等）水样进行检测。

表4 不同时期大坝廊道水水化学指标统计表 mg/L

图1 pH、总硬度、侵蚀性CO2、TDS 含量变化趋势

由表4和图1知，在大坝运行近25年时间段内，pH 值变幅很小，几乎成一条水平线；其他指标Ca2+、总硬度、HCO3-、侵蚀性CO2、TDS 等含量总体上呈下降趋势。延伸至10年后即大坝运行62年（见图虚线与趋势实线交点）各项指标含量与现在接近或更小。这是因为坝体坝基渗水量近30年来稳定，使水溶液趋向饱和甚至出现过饱和，溶出性的侵蚀作用递减，造成溶液中离子含量减少。这也表明大坝坝基帷幕体的防渗性能总体上良好，水库水质对大坝混凝土的侵蚀作用逐步降低，可以认为大坝在今后10年仍可正常运行。

6 结 论

水库蓄水前库水pH 值为6.9 接近中性，水化学类型单一为HCO3-NaCa 型。蓄水后，水化学类型的变化主要是阴离子成分变化，除建库前HCO3-型外，还出现Cl-和SO4=型。受水温分层影响，下层库水游离CO2和侵蚀性CO2增大，pH 降低，HCO3-减少，水呈弱酸性。坝前库水不存在酸型及碳酸型侵蚀，但普遍存具有中等程度的溶出性侵蚀。

坝前库水在向坝基运移过程中，不断地溶解与之相接触的帷幕、坝体混凝土中的碳酸盐类物质，而使大坝廊道水（包括坝段宽缝水、坝体渗水和集水沟排水等）中的pH 增大，呈弱碱或碱性水；溶液中的各阴、阳离子含量、总碱度、总硬度、溶解性固形物和矿化度等相对于库水呈显著增加。

随着坝体坝基渗水量稳定，大坝混凝土缝隙中水溶液趋向饱和甚至出现过饱和，溶液中离子含量减少，溶出性的侵蚀作用递减，可以认为在今后10年水库水质对大坝混凝土的侵蚀作用逐步降低。

［1］ 蔡跃波，吴承宁，吴庆钦.古田溪一级大坝混凝土老化分析与集料碱活性研究［J］.水力发电学报，1992年（4）.

［2］ 杨保全，杨光中，叶桂萍.大坝坝基水质与渗流特征［J］.河海大学学报，2001（3）.

［3］ 王咏，李鱼，许天博. 云峰水电站水库水质对大坝混凝土侵蚀程度的研究［J］. 东北水利水电，1993（11）.